本發(fā)明涉及一種碳排放量化方法，具體涉及一種零件的機(jī)加工過程的碳排放量化方法。
背景技術(shù)：
碳排放數(shù)據(jù)作為一項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)納入產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)優(yōu)化過程并與CAD/CAM/PDM系統(tǒng)進(jìn)行集成，支持產(chǎn)品低碳化開發(fā)將成為制造業(yè)的一個(gè)發(fā)展趨勢。2009年9月，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(CIRP)在愛爾蘭都柏林大學(xué)召開了第26屆國際制造會議(International Manufacturing Conference，IMC’26)，將“能源效率與低碳制造”作為會議主題，提出“為了確保制造業(yè)創(chuàng)新與發(fā)展，必須準(zhǔn)確評價(jià)制造過程與系統(tǒng)的能量消耗狀況”。因此，工藝過程的能效及碳排放的定量計(jì)算、碳排放減量化理論及技術(shù)的研究尤為受到關(guān)注。
在已有的研究中，Shimoda M.提出了一種用于干切削、少切削液切削及濕切削碳排放的評估模型，在該模型中主要關(guān)注不同的切削條件下碳排放的不同，而忽略了切削參數(shù)對碳排放的影響，認(rèn)為零件材料及金屬去除體積相同的情況下，加工能耗所導(dǎo)致的碳排放一致。根據(jù)Sara所提供的金屬切削比能耗數(shù)據(jù)，對于同一種材料，加工方法確定的基礎(chǔ)上，比能耗的范圍是2.0～9.0J/mm3.s，通過確定加工方法及加工材料，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值，只能獲得大致估算結(jié)果。加拿大Jeswiet J.等指出產(chǎn)品制造過程的碳排放與制造過程的耗電量有關(guān)，建立了一種基于電廠的碳排放指數(shù)及零部件制造的耗電量的函數(shù)關(guān)系，用于碳排放估算。意大利Scipioni A.等針對企業(yè)進(jìn)行碳排放管理(Voluntary GHG Management)存在的問題，提出了一種生命周期法，用于識別企業(yè)生產(chǎn)及供應(yīng)鏈中影響氣候變化的核心環(huán)節(jié)。Narita H.在基于產(chǎn)品的LCA基礎(chǔ)上，提出了一種相對較準(zhǔn)確的金屬工藝碳排放模型，在該模型中，由機(jī)床電能耗產(chǎn)生的碳排放、以及各種原材料、輔助材料以及工具消耗所產(chǎn)生的碳排放都進(jìn)行了估算，相比以往的模型，該模型具有較好的通用性，但它的局限性在于只能用于金屬切削工藝。
此外研究者們還建立了一些工藝碳排放評估模型，但在建立這些模型的過程中，大多數(shù)數(shù)據(jù)來源于實(shí)際采集，往往是針對某一種加工方法，或某一臺機(jī)床，缺乏靈活性，無法將模型應(yīng)用于更大范圍的制造工藝碳排放的評估。有的研究試圖從系統(tǒng)和工藝不同的層面進(jìn)行工藝環(huán)境影響的分析，通過建立相關(guān)模型以控制制造過程環(huán)境影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于，提供一種針對零件的機(jī)加工過程碳排放量化方法，從而系統(tǒng)準(zhǔn)確地確定機(jī)械制造工藝中的碳排放情況，對于碳排放分析、低碳工藝改進(jìn)及節(jié)能減排都有著至關(guān)重要的作用，有利于減少工業(yè)生產(chǎn)中溫室氣體的排放，改善環(huán)境。
本發(fā)明的技術(shù)方案：一種零件的機(jī)加工過程碳排放量化方法，將機(jī)械制造工藝中的碳排放分為工序物料碳排放、工序能耗碳排放和輔助設(shè)備能耗碳排放三方面進(jìn)行分析，建立機(jī)加工過程碳排放量化函數(shù)：
其中CFm·j表示該零件機(jī)加工過程中，第j個(gè)工序因物料損耗所導(dǎo)致的間接碳排放，包括工件原材料(即切屑)損耗、切削液損耗、刀具磨損等，稱為工序物料碳排放；CFe·j表示在該過程中為完成加工任務(wù)，第j個(gè)工序使用的加工設(shè)備消耗的能源所導(dǎo)致的間接碳排放，稱為工序能耗碳排放；CFae·k表示該該過程中使用的第k臺輔助設(shè)備消耗的能源所導(dǎo)致的間接碳排放，稱為輔助設(shè)備能耗碳排放。
X,Y,Z分別是工序物料碳排放、工序能耗碳排放和輔助設(shè)備能耗碳排放三種碳排放源的輸入?yún)?shù)向量，其數(shù)值根據(jù)具體工藝而定；指在第j道工序中所使用的第i種物料碳排放系數(shù)(kgCO2e/kg)；指第j道工序中所使用的第p種能源的碳排放系數(shù)(kgCO2e/kg or kgCO2e/kWh)；Ce指輔助設(shè)備能耗碳排放系數(shù)(kgCO2e/kg or kgCO2e/kWh)；指第j道工序消耗的第i種物料的總和(kg)；指第j道工序所使用的第p種能源總和(kg or kWh)；指第k種輔助設(shè)備能耗總和(kg or kWh)。
通過工序物料排放、工序能耗碳排放和輔助設(shè)備能耗碳排放三方面相結(jié)合來確定零件的機(jī)加工過程的碳排放量。
上述方法中，所述的工序物料碳排放是指在生產(chǎn)工件原材料及輔助材料的生產(chǎn)過程產(chǎn)生的直接及間接碳排放。
上述方法中，所述的工序能耗碳排放是指機(jī)加工過程中所使用的各機(jī)床設(shè)備所消耗的各種能源在自身的制造過程中產(chǎn)生的碳排放，包括一次能源和二次能源。
上述方法中，所述輔助設(shè)備能耗碳排放是指在機(jī)加工過程中所使用的輔助設(shè)備所消耗的各種能源在自身的制造過程中所運(yùn)用的產(chǎn)生的碳排放，包括一次能源和二次能源。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明將零件機(jī)加工過程的碳排放分為工序物料碳排放、工序能耗碳排放和輔助設(shè)備能耗碳排放三方面進(jìn)行分析，通過碳排放量化函數(shù)系統(tǒng)地、精確地確定零件的機(jī)加工過程的碳排放情況，是機(jī)械制造工藝碳排放分析和低碳工藝改進(jìn)的基礎(chǔ)，對節(jié)約能源和減少工業(yè)生產(chǎn)中溫室氣體的排放都有著重要的意義。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明的實(shí)施例：一種零件的機(jī)加工過程碳排放量化方法，將機(jī)械制造工藝中的碳排放分為工序物料碳排放、工序能耗碳排放和輔助設(shè)備能耗碳排放三方面進(jìn)行分析：
工序物料碳排放是指與零件的整個(gè)機(jī)加工過程沒有直接關(guān)系的物料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排放，包括工件原材料生產(chǎn)過程產(chǎn)生的碳排放、輔助材料(切削液、潤滑液等)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的碳排放以及運(yùn)輸、銷售等與產(chǎn)品相關(guān)的過程產(chǎn)生的碳排放，但本發(fā)明是對零件機(jī)加工過程碳排放的量化，不考慮運(yùn)輸、銷售等與產(chǎn)品相關(guān)的過程產(chǎn)生的碳排放；
工序能耗碳排放是指在零件的整個(gè)機(jī)加工過程中所消耗的各種能源在自身的制造過程中產(chǎn)生的碳排放，包括一次能源和二次能源，例如電能源生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排放；
輔助設(shè)備能耗碳排放是指在零件的整個(gè)機(jī)加工過程中所使用的輔助設(shè)備所消耗的各種能源在自身的制造過程中所運(yùn)用的產(chǎn)生的碳排放，包括一次能源和二次能源；
根據(jù)上述三個(gè)碳排放的分析結(jié)果，建立零件的機(jī)加工過程碳排放量化函數(shù)：
其中CFm·j表示該零件機(jī)加工過程中，第j個(gè)工序因物料損耗所導(dǎo)致的間接碳排放，包括工件原材料(即切屑)損耗、切削液損耗、刀具磨損等，稱為工序物料碳排放；CFe·j表示在該過程中為完成加工任務(wù)，第j個(gè)工序使用的加工設(shè)備消耗的能源所導(dǎo)致的間接碳排放，稱為工序能耗碳排放；CFae·k表示該該過程中使用的第k臺輔助設(shè)備消耗的能源所導(dǎo)致的間接碳排放，稱為輔助設(shè)備能耗碳排放。
X,Y,Z分別是工序物料碳排放、工序能耗碳排放和輔助設(shè)備能耗碳排放三種碳排放源的輸入?yún)?shù)向量，其數(shù)值根據(jù)具體工藝而定；指在第j道工序中所使用的第i種物料碳排放系數(shù)(kgCO2e/kg)；指第j道工序中所使用的第p種能源的碳排放系數(shù)(kgCO2e/kg or kgCO2e/kWh)；Ce指輔助設(shè)備能耗碳排放系數(shù)(kgCO2e/kg or kgCO2e/kWh)；指第j道工序消耗的第i種物料的總和(kg)；指第j道工序所使用的第p種能源總和(kg or kWh)；指第k種輔助設(shè)備能耗總和(kg or kWh)。
對于具體的零件機(jī)加工過程而言，碳排放量化函數(shù)中，等式右邊的量均為已知量，從而可以通過工序物料碳排放、工序能耗碳排放和輔助設(shè)備能耗碳排放三方面相結(jié)合來確定零件機(jī)加工過程整體的碳排放量。